浅谈JLK-630 型框绞机上盘机构的优化改造

2019-08-06余德洋

中国设备工程 2019年13期

余德洋

（上海华新丽华电力电缆有限公司，上海 201802）

引言

本文以JLK-630 型37B/6+12+18 框绞机为例, 以下简称：37B 框绞机(三段绞笼共36 个放线盘,和前端1 个中心线放线盘）,用于扇形导体绞制紧压，圆形导体绞合拉制紧压等。自2003 年使用至今，底部液压上盘装置经多次整修, 升降系统可靠性仍得不到保障，影响正常生产。同时因液压系统外漏和内泄的原因，一方面污染周边环境，另一方面升降过程存在较大的安全隐患。“安全”、“环保”、“生产”，一系列急待解决的问题摆在我们面前。

图0 -1 37B/6+12+18 框绞机现场布局图

1 现况分析

1.1 机构功能说明

底部上盘装置由液压升降台、载盘平移小车和推动机构等组成。液压升降台为叉式结构，通过液压缸的动作可使装载线盘的平移小车上升或下降。

平移小车上由可转动的转盘，线盘推上小车后需旋转90°，以便绞笼顶针装夹线盘。平移小车由推动机构中的气缸作用，经过导轨推入液压升降台或拉出液压升降台。

图1 -1 37B 框绞机底部上盘装置图（以12 盘为例）

37B 框绞机上盘流程：

“平台上升至地面（液压）”→“滑移小车载盘”→“小车平移至后限位（气压）”→“平台上升至绞笼位（液压）”→“线盘装夹”→“平台下降至下限位（液压）”→“滑移小车平移至前限位（气压）”→“上盘结束”。

37B 框绞机下盘流程：

“滑移小车平移至后限位（气压）”→“平台上升至绞笼位（液压）”→“空线盘下卸至滑移小车”→“平台下降至地面平齐（液压）”→“滑移小车载空线盘平移至前限位（气压）”→“推线盘下小车”→“平台下降至下限位（液压）”→“下盘结束”。

由设备说明书可知液压系统：6 盘最大起升力为100kN，12 盘最大起升力为100kN，18 盘最大起升力为200kN。

另外气压部分：6 盘、12 盘和18 盘各1 套气缸。则输出推力5020N，输出拉力4530N。

1.2 故障问题点说明

（1）液压系统的内漏外泄：一方面污染环境，另一方面导致平台升降无力，特别是线盘满盘时，（单个Φ630 线盘满盘时重量为500kg，其中6B 段承重2 吨，12B 段承重3 吨，18B 段承重4.5 吨）,平台在上升送盘过程中，上升不到位，而导致上盘失败。同时因上盘失败需操作人员下基坑处理，由此产生很大的安全隐患。

（2）平移小车推动机构气缸劣化串气严重：平移小车装载线盘后，因无足够的推拉力，在送盘或接盘过程中出现平移小车停滞不前，进而导致上下线盘失败。

（3）底部上盘装置的不稳定性：导致生产连续性无法得到保障，为不耽误生产，采用叉车上下线盘，由于操作的不可控性，存在着较大的安全隐患。

（4）维修成本高

通过对37B 框绞机底部上盘装置2018 年上半年度修缮费总计：104621 元，其中损耗的液压油费用占总费用的86%，半年高达约9 万元，推算全年将浪费掉约18 万元的液压油。若此状态持续下去，2018 年全年的总修缮费将高达约20 万元。（注：不含危废垃圾处理费）

综上所述，彻底解决37B 框绞机因底部上盘装置故障所带来的一系列问题迫在眉睫。

2 新方案的制定

2.1 设计理念

要彻底解决问题，就要淘汰原来的老旧装置。设计出安全环保型上盘装置是我们的终极目标。

通过与同行交流，目前新型的绞线设备已经采用翻转式—45°侧下方丝杆机构上盘装置。该丝杆机构与液压机构相比，除了上下线盘方便可靠之外，重要的是现场环境整洁。

但是该上盘装置的丝杆易损坏，因其呈45°状态工作，其总的提升力F，分解为水平方向力Fx 和竖直方向力Fy 所致。受力分析如下图所示：

图2 -1 丝杆受力分析图

虽然该种装置存在一些缺陷，但丝杆升降机构的设计无疑是一款新颖的设计理念。

2.2 改造方案拟定

通过对原底部液压上盘装置和侧下方丝杆上盘装置的综合对比与分析，拟定出环保型新式底部上盘装置方案及简图：

（1）6B、12B、18B 绞体分别有一个电动升降平台,采用电机驱动减速机带动升降平台的传动方式。平台采用竖直式丝杆升降机构，平台下方四个角各装一台蜗轮丝杆升降机，保障平台的平稳性。

（2）为保证传动比的一致性，电机通过同步齿形带直接驱动左右两侧蜗轮丝杆升降机，前后两侧蜗轮丝杆升降机由万向传动轴相连。

（3）载盘平移小车的移动采用电动丝杆结构，出于负荷、摩擦和运行位置精度方面的考量，平移小车移动导向采用直线导轨，导轨固定在升降台上，滑块固定在平移小车底面。

（4）升降台基座采用厚钢板，框架采用钢板焊接，经整体退火加工，确保强度和刚性。

图2 -2 新型底部上盘装置方案简图

2.3 主要构件的配置

从生产工艺、安全可靠、采购成本及后期维护等多方评估，选型如下：

（1）蜗轮丝杆升降机选用标准型SWL10 系列蜗轮丝杆升降机（查阅JB/T8809-2010.SWL 蜗轮螺杆升降机形式、参数与尺寸〔S〕附录C“丝杆长度与极限负荷关系表”-SWL10 系列：提升力20kN,4 组即为80kN，起升速度V=0.9m/min）,现场需求最大负荷18B 为45 kN，升降速度0.5 m/min，满足生产需求。

（2）升降机电机型号选用YES2-132M2-6 电磁制动三相异步电动机，P=5.5 kW,n=960 r/min （设计理论转速1000 r/min，升降台总功率3.56 kW；取安全系数K=1.5，具备自锁性），符合选型要求。

（3）带传动选用型：带轮齿数Z=Z1=Z2=28，节距Pb=14M, 带宽bS=40mm, 带长L0根据实际长度定。（查阅机械设计手册第2 卷“表 14.1-72”，计算得带轮直径d1=124.8mm；由“表14.1-69d”：查得可传递功率P0=11.59kW），满足使用需求（设计理论带轮最小直径109.4mm，总功率5.5kW）。

（4）平移小车机构选型：平移推动丝杆选用Tr44×12，直线滑块（4 套）采用HGW45CC（综合摩擦系数为0.05）,斜齿-锥齿齿轮马达KYW67S-4-Y-1.1-B3适合工况需求, 电机功率1.1 kW，速比1：4，n =1450r/min，n =362.5r/min 。

因18B 段负载最大Fa（4500×9.8×0.05=2205 N），故取18B 段数据计算(其中S：丝杆导程12mm，η：进给丝杆的正效率0.94)

丝杆推力F=2πηT/S=2×3.14×0.94×（9550×1.1÷362.5）÷0.012,则F=14255.8N ＞Fa,故满足使用需求。

（5）平台钢结构技术要求：升降台基座采用30mm 厚钢板，框架采用钢板及12#槽钢焊接，经整体退火加工，确保强度和刚性。滑移小车转盘采用45#钢调质处理，厚度增加至18mm，提升载盘的强度与刚性。

综上所述，经过对新型底部上盘装置主要构件的选型，电控丝杆上盘装置的方案已得到确定，前期的准备工作基本完成。

3 优化改造

改造前后单次上盘数量相同，即6B 段平台每次可上盘2 只，12B 段平台每次可上盘3 只，18B 段平台每次可上盘5 只。我厂的框绞机绞笼为四等分，每次上盘绞笼旋转90°，即可实现6B 段装载6 个线盘（出厂设置6 个线盘位，其它2 个为空位），12B 段装载12 个线盘，18B 段装载18个线盘的功能（出厂设置18 个线盘位，其它2 个为空位）。

2018 年7 月底新上盘装置加工完成到厂，经过基坑改造及现场确认等前置作业完成后，于2018 年8 月5 日37B 框绞机新型底部上盘装置安装完成。经试机作业，对“上”“下”“前”“后”四个限位开关进行了修正。测试结果：上盘装置技术参数符合设计方案技术要求并满足现场生产使用需求。2018 年8 月8 日该上盘装置正式投入使用。

图3 -1 新型底部上盘装置现场图

4 改造效果

37B 框绞机底部上盘装置改造为电控丝杆上盘装置后，自2018 年8 月投入使用至2019 年4 月底，上盘装置故障为零。（1）上下盘作业安全可靠，设备生产连续性得到有效的保障。（2）“无污染”的特性，使周边的环境得到改善，绞线班因此在“6S”评比活动中，取得第一名的好成绩。（3）该项优化改造，受到了ISO14001 环境管理体系外审组的一致认同。（4）“节能”方面也取得一些小成果，改造前上盘装置电机功率为15kW,改造后电机功率为6.6kW。每天实际使用2 小时，则日节电约16.8 度。则年节约电费：16.8度/天×0.96 元/度×26 天×12 个月=5031.94 元。

本次改造费总计19.5 万元，基本与改造前全年20 万元修缮费持平。